一种基于动态校准与精度可控自主定位导航方法及系统

技术领域

本发明涉及定位技术的技术领域，尤其涉及一种基于动态校准与精度可控自主定位导航方法及系统。

背景技术

目前，实际应用中的定位技术多是基于电磁信号或预先架设的定位参考点通过复杂的交叉比对计算得出，常见的定位方式有如下几种：

一种是应用于室外定位的卫星定位系统。目前应用最广泛的有美国的GPS(GlobalPositioning System，全球卫星定位系统)和我国的“北斗二号”卫星定位系统。其定位原理是相似的。首先根据卫星广播的星历，计算出第i颗卫星的准确位置(xi,yi,zi)；其次根据测量的伪码距或相位伪距，计算出用户与第i颗卫星之间的相对距离；最后根据定位算法计算出用户的三维位置。完成定位一般至少需要四颗观测卫星。这种基于GPS的导航系统需要不断通过卫星等定位参考点完成定位与导航，而本发明的定位基准是已经存储在设备中的广义电子地图信息，具有GPS等卫星定位不具有的可预测等特性。

还有一种是应用于室内的定位技术。这种技术一般是基于固定基准点发出的电磁波，在被定位端检测接收到信号的强度、时间、角度等，再根据这些信息反复比对经过复杂计算得到相对于固定参考点的位置。以一种基于能效的WLAN的室内定位方法为例，首先是离线阶段，在定位区域内选取一些参考点(reference point，RP)，并在每个参考点位置测量来自各个AP(Access Point，接入点)的RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)时间序列，用于创建位置指纹库。然后在线阶段，系统将实时测量的RSSI向量与数据库中的指纹匹配，并在移动终端完成位置估计。并配合加权K近邻算法提高定位精度。这种方式极易收到环境的影响，而且室内物品的移动也会对WLAN信号的强度分布产生影响。而本发明是基于自主计算的，外界环境对本系统不会产生太大影响。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：传统定位方法需要不断通过卫星等定位参考点完成定位与导航，受信号强度影响较大，在没有信号覆盖的环境中无法进行定位；在进行定位计算时，容易受到环境的影响，定位精度不高。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：利用传感器采集被测物体定位的原始数据；对所述采集到的数据进行预处理，转化为用于处理器处理的信号；确定所述被测物体的初始位置；根据所述初始位置，配合动态校准数据，对所述被测物体进行精确定位；规划物体路径及实时位置，输出导航信息。

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航方法的一种优选方案，其中：所述转化为用于处理器处理的信号包括，对所述收集到的原始数据进行降噪处理。

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航方法的一种优选方案，其中：所述确定所述物体的初始位置包括，初始位置确定方法有3种，分别为卫星定位、根据固定位置的物体信息以及距离进行计算、人工给定，所述卫星定位适用于室外定位，有卫星定位信号覆盖的情况，所述根据固定位置的物体信息以及距离进行计算，适用于无信号覆盖情况，所述人工给定方法，在上述两种方法都无效时使用。

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航方法的一种优选方案，其中：所述根据固定位置的物体信息以及距离进行计算包括，所述被测物体从入口处开始运动，通过对测得的加速度进行二次积分，得到所述被测物体的相对位移，以入口的固定位置(s

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其中：s

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航方法的一种优选方案，其中：所述精确定位包括，对所述被测物体进行二次积分时，会出现累计误差，需要配合动态校准数据，对所述被测物体进行精确定位。

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航方法的一种优选方案，其中：所述动态校准数据包括，所述被测物体在进行移动时，在所述广义电子地图中存在固定物体，所述被测物体利用传感器检测到固定物体，通过测距传感器测量到所述固定物体之间的距离，更新机器人的定位，位置更新的计算方法为：

门的精确固定位置坐标+测距传感器测得机器人与固定坐标的距离＝机器人的精确位置；

在所述被测物体移动时，不断利用所述广义电子地图中的固定物体，更新机器人的定位，以消除累计误差。

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航方法的一种优选方案，其中：精度控制包括，控制传感器的精度，以及定位校准的间隔，在进行精确定位时，根据用户需求，进行调整，精度要求高，则传感器检测到每个固定位置物体时都进行校准，精度要求低，则进行间隔校准。

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航系统的一种优选方案，其中：传感器组，用于采集定位用的原始数据；信号处理模块，连接于所述传感器组，对所述采集到的数据进行预处理，转换为用于处理器处理的信号；辅助模块，用于确定被测物体的初始位置；定位模块，连接于所述信号处理模块与辅助模块，利用广义电子地图，以所述初始位置为基准，根据收集到的数据，计算被测物体的实时位置。

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航系统的一种优选方案，其中：所述传感器组包括，运动传感器，用于采集物体移动的速度、方向；测距传感器，用于采集物体移动距离；图像传感器，用于采集物体周围环境图像；GPS系统，用于进行初始定位。

作为本发明所述的基于动态校准与精度可控自主定位导航系统的一种优选方案，其中：所述信号处理模块包括，降噪模块，对所述传感器组采集到的信息进行降噪处理；AD转换器，用于将与处理后的模拟信号转化为数字信号；放大电路，用于放大所述AD转换器转换的数字信号。

本发明的有益效果：本发明使用自主式定位导航，不依赖电磁通信，定位过程所需数据的采集和计算都由定位系统本身独立完成，应用范围广；利用广义电子地图作为定位基准，对物体进行定位计算，不依赖外界的定位基准，不易受到环境变化的影响，且不用基于电磁通信定位那样预先的测定与校准，具有可移动性、可移植性、适应性强的特点；并且本发明的定位精度可控，可以根据不同应用场景的不同定位需要调整精度，使定位更具有针对性，以最少的资源占用获得最好的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例提供的基于动态校准与精度可控自主定位导航方法的基本流程示意图；

图2为本发明第二个实施例提供的基于动态校准与精度可控自主定位导航系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于动态校准与精度可控自主定位导航方法，包括：

S1：利用传感器采集被测物体定位的原始数据。其中需要说明的是，

所利用的传感器包括但不限于运动传感装置、测距传感装置、图像传感装置，采集被测物体定位用的原始数据，例如如速度、速度、图像等，其中传感器的精度可以根据要求进行调整，对于低精度定位要求的情况，使用测量精度较低的传感器，以降低成本。

S2：对采集到的数据进行预处理，转化为用于处理器处理的信号。其中需要说明的是，

对收集到的原始数据进行降噪处理，降噪处理时可以使用的方法包括低通滤波、卡尔曼滤波等。

S3：确定被测物体的初始位置。其中需要说明的是，

确定物体的初始位置包括，初始位置确定方法有3种，分别为卫星定位、根据固定位置的物体信息以及距离进行计算、人工给定，卫星定位适用于室外定位，有卫星定位信号覆盖的情况；根据固定位置的物体信息以及距离进行计算，适用于无信号覆盖情况；人工给定方法，在上述两种方法都无效时使用。

进一步的是，根据固定位置的物体信息以及距离进行计算包括，利用广义电子地图，在广义电子地图中储存有大量的固定位置的物体信息，通过对上述物体的识别与测距，即可与电子地图上相关物体的信息进行匹配，结合其位置坐标，即可通过计算获得物体的当前位置；被测物体从入口处开始运动，通过对测得的加速度进行二次积分，得到被测物体的相对位移，以入口的固定位置s

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其中：s

S4：根据初始位置，配合动态校准数据，对被测物体进行精确定位。其中需要说明的是，精确定位包括，对被测物体进行二次积分时，会出现累计误差，需要配合动态校准数据，对被测物体进行精确定位。

进一步的是，动态校准数据包括，被测物体在进行移动时，在广义电子地图中存在固定物体，被测物体利用传感器检测到固定物体，通过测距传感器测量到固定物体之间的距离，更新机器人的定位，位置更新的计算方法为：

门的精确固定位置坐标+测距传感器测得机器人与固定坐标的距离＝机器人的精确位置

在被测物体移动时，不断利用广义电子地图中的固定物体，更新机器人的定位，以消除累计误差。

S5：规划物体路径及实时位置，输出导航信息。

根据精准定位后的位置信息，结合广义电子地图中的固定位置信息，以及传感器所测得的加速度信息，根据测得的对加速度，对被测物体接下来的动作进行二次积分计算，对物体的路径进行规划，输出导航。

进一步的是，实施例还可以对被测物体的精确定位进行精度控制，其中精度控制包括，控制传感器的精度，以及定位校准的间隔，在进行精确定位时，根据用户需求，进行调整，精度要求高，则传感器检测到每个固定位置物体时都进行校准，精度要求低，则进行间隔校准。

为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用传统技术方案与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

选取一种基于卫星定位的室外定位方法以及基于固定基准点的电磁波定位方法对本发明进行验证，其中室外定位方法利用卫星的准确位置，计算出被测物体与卫星的相对距离，并进行计算，此方法要完成定位一般至少需要4四颗观测卫星，这种基于GPS的导航系统需要不断通过卫星等定位参考点完成定位与导航；基于固定基准点的电磁波定位方法，利用定位端检测接收到信号的强度、时间、角度等，根据这些信息进行反复比对，经过复杂计算得到相对于固定参考点的位置。

进行实验时，让机器人根据设定好的路线在实验场景中行进，在实验场景中分别包括了室内和室外两种情况，在行进的过程中，利用3种定位方法对机器人的位置进行实时定位观测，以定位的偏移量验证定位的准确度，其实验结果如下表1所示：

表1：定位偏移量的结果对比。

可以看出，使用卫星定位方法在进行定位时，在室外的定位精准度较高，但是室内精准度一般，而电磁波定位方法在室外时，电磁波无法进行稳定覆盖，不能进行定位，并且进行定位时卫星定位方法的成本较高，因此本发明定位方法不仅可以进行随时定位，而且精度较高，成本可以进行调整，实用性较高。

实施例2

参照图为本发明第2个实施例，与实施例1不同的是，提供了一种基于动态校准与精度可控自主定位导航系统，包括传感器组100、信号处理模块200、辅助模块300以及定位模块400。

其中传感器组100，用于采集定位用的原始数据；信号处理模块200，连接于传感器组100，对采集到的数据进行预处理，转换为用于处理器处理的信号；辅助模块300，用于确定被测物体的初始位置；定位模块400，连接于信号处理模块200与辅助模块300，利用广义电子地图，以初始位置为基准，根据收集到的数据，计算被测物体的实时位置。

进一步的是，传感器组100包括，运动传感器101，用于采集物体移动的速度、方向；测距传感器102，用于采集物体移动距离；图像传感器103，用于采集物体周围环境图像；GPS系统104，用于进行初始定位。

信号处理模块200包括，降噪模块201，对传感器组100采集到的信息进行降噪处理；AD转换器202，用于将与处理后的模拟信号转化为数字信号；放大电路203，用于放大AD转换器202转换的数字信号。

不难理解的是，本实施例中所提供的系统，其涉及传感器组100、信号处理模块200、辅助模块300以及定位模块400的连接关系，例如可以是运行在计算机可读程序，通过提高各模块的程序数据接口实现。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。